В природе существует только два типа вихрей: вихри с одним направлением вращения, которые получили название вихри Тейлора, и вихри с двумя направлениями вращения, называемые вихрями Бенара (их называют и вихрями Бернара). Вихрями Тейлора являются дымовое кольцо, выпускаемое, скажем, курильщиками,
или цунами, катящееся по границе между водой и атмосферой. Вихри Бенара также бывают двух типов: анаполь (термин предложен академиком Зельдовичем), который можно назвать и фермионом Майораны,
Вихри являются вращающимися объектами. А к вращающимся объектам неприменим 3 закон Ньютона:, изложим её в виде, действующей силе противодействует противодействующая сила, имеющая направление противоположное направлению действующей силы. Уже детская игрушка юла или волчок демонстрирует, что подействовав на неё в одном направлении, мы не получим Ньютоновского противодействия. Вращающиеся объекты подчиняются не Ньютону, а правилу прецессии. В моей интерпретации правило прецессии звучит следующим образом. Действующей на вращающийся объект силе противодействует сила, направленная в перпендикулярном направлении и смещённая в направлении вращения.
Рассмотрим с позиции правила прецессии дымовое кольцо рис 1. Дымовое кольцо катится в воздухе своей внешней поверхностью. Внутренняя же поверхность напротив скользит по воздуху. Естественно возникающая сила трения скольжения действует по касательной к внутреннему радиусу тора. Противодействующая сила действует в перпендикулярном направлении и смещена в направлении вращения. Т.е. противодействующая сила направлена от внутреннего к внешнему радиусу тора дымового кольца. И дымовое кольцо обязано увеличивать свой внешний радиус. В результате кольцо увеличивается в размерах и самоуничтожается.
Также просто рассматривается и солитон. Элементами солитона (да и всех вихревых образований) могут быть только вихри. Ведь в противном случае вместо правила прецессии мы должны были бы применять 3 закон Ньютона. И противодействующая сила, действующая в обратном направлении, уничтожила бы вращение. И вихри не смогли бы существовать. Как видно из рис 2, элементы вихря двигаются по концентрическим окружностям. Это можно подтвердить и экспериментально полученным рисунком Сировича с соавторами, отделив друг от друга вихри противоположного направлениями вращения.
Элементы внутренней окружности описывают меньшее расстояние по сравнению с элементами внешней окружности. Трение скольжения возникает по касательной. Противодействующая сила направлена по радиусу. А т. к. внутренняя окружность вращается по отношению к внешней, то противодействующая сила имеет центростремительный характер.
При этом внешняя окружность не знает, что находится за внутренней окружностью. Поэтому центростремительная сила действует не на одну внутреннюю окружность, а на весь объект, заключённый в пределах внутренней окружности. Противодействующая сила действует по радиусу на рассматриваемый объект. Он же в свою очередь является вращающимся объектом, к которому применимо правило прецессии. Появляется уже вторичная противодействующая сила, действующая по касательной. Следовательно скорость вращения внутреннего объекта обязана увеличиться. Повторив эти рассуждения для следующей внутренней окружности, мы выясним, что в вихре Тейлора второго типа скорость вращения увеличивается в направлении центра.
Анаполь рис 3 существует только для заряженных частиц. Причём в центре анаполя могут находиться либо электроны, вокруг которых по замкнутым спиралям вертятся позитроны, либо протяженные положительно заряженные частицы (скажем в форме цилиндриков), вокруг которых также по замкнутым спиралям вертятся электроны. Как известно, при движении токов одного знака в одном направлении они притягиваются друг к другу. Логично предположить, что притягиваются друг к другу токи разного знака, двигающиеся в противоположных направлениях. Как электроны, так и позитроны покоиться не могут, также как не могут и не вращаться. Но они обязаны притягиваться друг к другу. Поэтому они обязаны не только двигаться в противоположных направлениях, но и вращаться в противоположных направлениях. Поэтому анаполи первого типа (позитроны которых вращаются вокруг электронов, расположенных в центре тора) не создают сил, направленных вне тора. Возникающие в одиночном анаполе силы направлены только внутрь тора. Зельдович и предложил понятие анаполя, в котором заряженные частицы двигаются, но магнитного поля не создают.
1.2
Сами анаполи первого типа магнитного поля не создают. Ведь магнитное поле появляется только при движении зарядов одного знака относительно зарядов другого знака. А в анаполях первого типа создаваемое движением зарядов магнитное поле направлено внутрь анаполя и наружу не выходит. Но анаполи это всё же заряженные объекты с двигающимися относительно друг друга зарядами одного знака. Поэтому анаполи и формируют и силу притяжения, и силу отталкивания со своими соседями.
Если мы рассмотрим анаполи, расположенные по горизонтали, то в осевом направлении в месте контакта заряды двигаются в противоположных направлениях и создают слу отталкивания. В тангенциальном же направлении заряды двигаются в одном направлении и создают силу притяжения. Поэтому по горизонтали анаполи расположены на таком расстоянии, на котором сила притяжения уравновешивает силу отталкивания. По вертикали напротив в месте контакта в осевом направлении заряды двигаются в одном направлении и создают силу притяжения. В тангенциальном же направлении в месте контакта заряды двигаются в противоположных направлениях и создают силу притяжения. Т.е. и в горизонтальном, и вертикальном направлении анаполи расположены на каком-то расстоянии друг от друга.
А какова ситуация в анаполях второго типа, в которых электроны двигаются относительно положительных зарядов. Но предварительно рассмотрим что же представляют собой положительные заряды, т. е. протоны. В статье http://www.vesti.ru/doc.html?id=1015225&cid=2161 дано описание экспериментов группы физиков под руководством Рандольфа Поля. «В 2010 году Поль и его коллеги впервые опубликовали уточнённый размер протона, равный 0,8418 фемтометра. В обычной жизни разница в 0,00000000000003 миллиметра практически неощутима, но только не в вопросах квантовой физики, где погрешность обычно не превышает долей процента.
Два года спустя та же команда исследователей провела повторные исследования. Как сообщается в статье, опубликованной в журнале Science, учёные также получили мюонные атомы водорода, но на этот раз с помощью лазера переводили тяжёлые отрицательные частицы на другие орбитали, чтобы сделать расчёты на основании нового набора энергетических уровней.
Учёные утверждают, что последние измерения были на порядок точнее, чем в 2010 году. Однако диаметр протона оказался равен 0,8408 фемтометра, что почти полностью соответствует предыдущему результату.»
Даже козе понятно, что мюон это всё же не отдельная элементарная частица, а всё тот же электрон, только имеющий большую кинетическую энергию. Изменил электрон энергию. И тут протон среагировал изменением своего радиуса. Изменили лазером энергию мюонного водорода и вновь протон отозвался изменением своего радиуса. Не может элементарная частица изменять свои размеры при изменении условий, в которых она находится. Т.е. не может быть протон элементарной частицей. Следовательно протон может быть только сложной, составной частицей, имеющей вид вихря Бенара из позитронов.
Т.к. мы живём в метагалактике с правым направлением вращения, то правое направление вращения обязаны иметь и протоны. Т.е. внешний поток позитронов в протоне должен иметь правое направление вращения. А выше мы выяснили, что электрон обязан иметь и противоположное направление осевого движения, и противоположное направление вращения, что и показано на правой части рис синей стрелкой.
На правой части рис 2 внешний поток вращается против часовой стрелки. Если мы смотрим на колёса проезжающего мимо автомобиля справа или слева, то мы увидим, что с одной стороны колёса вращаются по часовой стрелке, а с противоположной против часовой стрелки. Поэтому и направление вращения в потоках вихря Бенара будет зависеть от того откуда мы смотрим. В правой стороне рисунка направления вращения показаны при взгляде изнутри вихря. Таким образом, и внутренний, и внешний потоки протона вращаются в правом направлении, что и позволяет присвоить вихрю правое вращение.
В 20 или в 30 годах прошлого века было обнаружено, что и молекула водорода, и гелий имеют орто и пара модификации. В связи с этим Гейзенберг предложил присвоить электрону спин. Если же протон является вихрем Бенара из позитронов, то понятие спина является пустышкой. Ведь электроны могут обегать протоны либо справа, либо слева.
Электрон обязан двигаться в направлении противоположном направлению движения позитронов. Это условие выполняется в обоих случаях: позитроны протона двигаются сверху вниз, электроны двигаются снизу вверх. Обход же электроном протона в разных направлениях ведёт к тому, что в одном случае направления вращения позитронов протона и направление вращения электрона совпадают и формируется сила притяжения. Во втором же случае их направления вращения противоположны, что должно формировать силу отталкивания. А Поль продемонстрировал, что радиусы протона могут иметь разную величину. И модификации молекулы водорода и гелия демонстрируют поэтому разные свойства.
1.3
Мы выяснили, что анаполи первого вида магнитного поля не формируют. Но у нас есть ещё и анаполи второго типа, в которых уже электроны вращаются по замкнутой спирали вокруг положительно заряженных частиц. Но в каком же образе они существуют?
И на этот вопрос уже представляет ответ экспериментальная физика. В статье http://ria.ru/science/20120703/691076462.html приведены сведения «Группа ученых под руководством Дейвида Кильпински (David Kielpinski) из университета Гриффита в городе Брисбан (Австралия) изучала взаимодействие тяжелых ионов металлов с частицами света - фотонами.
Для этого Кильпински и его коллеги охладили несколько атомов тяжелого металла - иттербия-174 - до температуры, близкой к абсолютному нулю. Они извлекли один атом и поместили его в ловушку Пауля - особую конфигурацию из переменных электромагнитных полей, удерживающих ион на месте.
Физики облучили ион мягким ультрафиолетовым излучением и попытались сконцентрировать его фотоны при помощи специального оптического прибора - так называемой фазовой линзы Френеля. Эта линза представляет собой матрешку из множества микропризм, толщина и положение которых подобраны таким образом, что они усиливают и собирают световое излучение.
По словам исследователей, удачно сконструированная линза помогла им получить четкую тень атома на матрице цифровой камеры.»
По современным представлениям у каждого химического элемента существует какое-то число электронных оболочек ядра атома, состоящего из протонов и нейтронов. Во времена Резерфорда и Бора эта модель ещё имела право на существование. В настоящее же время эта модель является анахронизмом, не имеющем никакого отношения к природным реалиям. Ведь нейтрон состоит из протона, вокруг которого вертится электрон. Т.е. по современным представлениям природа откровенная дура, часть электронов в составе нейтронов поместила в ядро, безалаберно выбросив другую часть в электронную оболочку. А мало того, она ещё в соответствии с принципом неопределённости отказывается одновременно определять их параметры. А может быть не природа всё же виновата?
Кильпински с соавторами в своих экспериментах получили тень атома иттербия. И ежу понятно, что тень давать могут только неподвижные протоны и нейтроны. Следовательно протоны с нейтронами не имеют хаотического расположения, а сформированы в концентрические кольца. А электроны распределены по этим кольцам. И в каждом кольце они двигаются по замкнутым спиралям. Мы уже выяснили, что электроны должны двигаться против направления движения позитронов в протонах. Позитроны в протонах двигаются сверху вниз. Электроны двигаются по протонам снизу вверх. Добравшись до верха электроны должны опускаться вниз всё также против направления движения позитронов в протоне. Значит соседний протон должен перевернуться вверх тормашками. Но в этом случае в соседних протонах положительные токи обязаны отталкиваться. Силу отталкивания может компенсировать только электрон, постоянно вращающийся вокруг протона нейтрона. И обобществлённые электроны имеют возможность по свободному протону подниматься вверх, а по протону нейтрона опускаться вниз. Элегантное нашла природа решение.
Таким образом, структура атомов химических элементов является структурой из вложенных друг в друга анаполей второго типа, в которых отрицательные электроны вращаются вокруг неподвижных положительных протонов. В анаполях первого типа, в которых позитроны вращаются вокруг электронов, силу притяжения формирует и тангенциальная компонента вращения и осевая компонента вращения. Но эти силы взаимно перпендикулярны, что и направляет магнитные силы внутрь тора анаполя первого типа. В анаполях же второго типа протоны в отличие от электронов имеют размер по вертикали. Поэтому траектории электронов в анаполях первого типа мы можем представить в форме замкнутых пружин. Для анаполей же второго типа мы эти замкнутые пружины обязаны растянуть по вертикали, сохранив их размер по горизонтали. И силы притяжения, формируемые тангенциальным и осевым направлением вращения перпендикулярными уже не будут. И магнитное поле обязано вырваться за пределы анаполя второго типа. Это и представляет возможность изучения структуры атомов методом парамагнитного резонанса.
Анапольная структура атомов химических элементов достаточно сложна. Для примера приведём структуру рядом расположенных в таблице атомов серы и хлора.
Оба атома имеют по 3 кольца анаполей. Первое (внутреннее) кольцо содержит анаполь из двух протонов и из двух нейтронов. Во втором кольце содержатся два анаполя, сформировавшие двухэтажную конструкцию. Каждый из анаполей содержит по 4 протона и по 4 нейтрона. В третьем кольце атома серы содержится один анаполь, имеющий 6 протонов и 6 нейтронов. В атоме хлора в третьем кольце на втором этаже появляется ущербный анаполь, содержащий один протон и два нейтрона. Вокруг нейтронов одиночный электрон описывает окружность, отправляясь в обратный путь. И чем дальше от начала таблицы, тем сложнее в атомах структура колец из анаполей.
1.4
Наиболее сложным для рассмотрения, но наиболее перспективным для технических приложений является вихрь Бенара типа торнадо, т. е. второй тип вихря Бенара. Первым типом вихря Бенара будем считать анаполи, которые в свою очередь имеют два типа. Второй же тип вихрей Бенара можно представить в виде.
Как и положено для вихря Бенара любого типа, он имеет два направления вращения: одно тангенциальное вокруг оси цилиндра и второе осевое вокруг безразмерного цилиндра, разделяющего потоки. Вихрь может иметь при этом и правое (скажем, в северном полушарии земли), и левое направление вращения (для южного полушария). Т.е. в вихре правого направления вращения поднимаясь вверх по внутреннему потоку элементарные вихри имеют правое направление вращения, опускаясь вниз по внешнему потоку они имеют то же правое направление вращения. Для вихря Бенара левого направления вращения ситуация противоположна: и внутренний, и наружный потоки имеют левое направление вращения.
Вихрь имеет как основание так и вершину. В основании элементы наружного потока переходят во внутренний поток с параметрами внутреннего потока (т. е. имея и скорость осевого движения и скорость вращения внутреннего потока). В вершине элементы внутреннего потока переходят в наружный поток с параметрами наружного потока (т. е. имея и скорость осевого движения и скорость вращения наружного потока). На рисунке справа показана ситуация для вихря Бенара правого направления вращения. Направления вращения внутреннего и наружного потоков показаны для взгляда на вихрь изнутри. При взгляде снаружи вихря направления вращения потоков будут противоположными.
Торнадо демонстрирует, что и скорость осевого движения, и скорость вращения внутреннего потока, называемого хоботом торнадо, существенно больше этих же параметров наружного потока. Ведь хобот торнадо приносит катастрофические разрушения, скручивает в узел фермы железнодорожных мостов, поднимает в воздух и переносит на 200 м. баржи. На периферии же торнадо только трава наклоняется ветром в левую сторону (ведь при взгляде снаружи вихря и хобот, и основание вихря вращаются против часовой стрелки). Наличие двух потоков, имеющих разные направления осевого движения и разные направления вращения наблюдается и в таком техническом устройстве как трубка Ранка.
В работе Ю.С. Потапов, Л.П. Фоминский, С.Ю. Потапов - " Энергия вращения" , 6 глава которой приведена в http://www.evgars.com/new_page_23.htm, описывается трубка Ранка. И ленинградец Финько экспериментально показал, что центральный поток, выходящий в обратном направлении вращается в направлении противоположном направлению внешнего потока, выходящего в прямом направлении. Таким образом, в трубке Ранка создаётся вихрь Бенара или мини торнадо. А как торнадо, так и трубка Ранка демонстрируют, что методами официальной физики и её математического аппарата невозможно описать вихри Бенара. Ведь современная математика покоится на гипотезе непрерывности. Вихри же как Тейлора, так и Бенара являются неустранимо дискретными объектами.
Объём же хобота торнадо существенно меньше объёма его периферии. Поэтому и число элементарных вихрей в хоботе в произвольный момент времени существенно меньше числа элементарных вихрей в периферии торнадо. Если перейти на язык современной математики, то множество элементарных вихрей хобота имеют меру ноль по сравнению с мерой множества элементарных вихрей периферии. А современная математика не умеет определять функциональные зависимости на пространствах, построенных, скажем, на множестве мощности континуум и на счётном множестве. Меры подмножеств из этих множеств должны быть сравнимы между собой. Меры подмножеств в счётном множестве являются измеримыми, т. к. все они конечны. Но для любого подмножества множества мощности континуум они будут уже не конечными, а имеющими меру ноль. Поэтому мы никак не сможем связать друг с другом две функции, полученные в пределах счётного множества и в пределах множества мощности континуум (кстати, счётным множеством является множество целых или рациональных чисел, множество мощности континуум является множество иррациональных чисел). Сравнивать же между собой множества разной мощности позволяет мера Хаусдорфа. И на основе меры Хаусдорфа можно построить интегро дифференциальное исчисление дробного порядка, которое и позволит описывать связь параметров внутреннего и наружного потоков вихря Бенара.
Но как же нам поступать, если этого исчисления не существует? На наше счастье об этом побеспокоилась природа. Ведь у вихря Бенара существуют ещё основание и вершина. И в основании, и в вершине мы имеем параметры потоков, измеренных в форме периферийного потока. Ведь на периферии торнадо трава не выдирается с корнем. Поэтому скорость осевого движения в основании торнадо соответствует скорости осевого движения его хобота. Но эта скорость измерена в рамках меры соответствующей периферии торнадо. И мы можем эти скорости в основании сравнивать и со скоростью осевого движения и со скоростью вращения периферии.
1.5
Любой вихрь, в том числе и вихрь Бенара, является стабильным объектом. А как известно, при любом вращении возникает центробежная сила, которую и используют центрифуги разнообразного вида. Следовательно для того чтобы вихрь являлся стабильным объектом, он должен самостоятельно формировать центростремительную силу, которая должна быть больше величины центробежной силы. Формирование центростремительной силы вихрем Тейлора мы уже рассмотрели.
Но как центростремительную силу может формировать торнадо, в котором скорость вращения хобота существенно больше скорости вращения на его периферии? При этом чем больше диаметр торнадо, тем больше его мощность, и тем большие разрушения он делает. А разрушает не вихрь в целом, а только его хобот. Т.е. в наиболее мощных торнадо наблюдается и наибольшая скорость вращения хобота (которая так и не была замерена из-за поломки приборов; скорость же оценивают по нанесённым торнадо разрушениям). И хобот торнадо вроде бы должен формировать центробежную силу большой величины, которая вроде бы должна его разрушить. Но хобот торнадо и его периферия содержат разные множества элементов, которыми являются элементарные вихри. Т.е. эти множества несоизмеримы и методами современной математики функции на одном множестве нельзя выразить через функции второго множества. И соответствующей математики не существует.
Тем не менее, выход всё же существует. Для качественного описания торнадо воспользуемся благодеянием природы, позволяющим привести к «общему знаменателю» несравнимые величины из двух множеств разной мощности (множества элементарных вихрей хобота и множества элементарных вихрей периферии). Природа о нас позаботилась, произведя преобразование параметров внутреннего потока торнадо в вид, измеримый для наружного потока. Ведь в основании вихря элементарные вихри приобретают свойства необходимые для перехода во внутренний поток. Т.е. они принимают скорости осевого движения и скорости вращения необходимые для внутреннего потока. Но эти величины соответствуют мере множества элементарных вихрей внешнего потока. И только приобретая вертикальное направление движение при попадании во внутренний поток, элементарные вихри приобретают свойства характерные для него. Т.е. в основании вихря элементарные вихри, двигающиеся в горизонтальном направлении, характеризуют параметры внутреннего потока с позиции наружного потока.
Поэтому на вполне законных основаниях мы можем приписывать основанию вихря свойства внутреннего потока вихря Бенара и искать зависимости между параметрами внутреннего и наружного потоков. И говоря о скорости осевого движения и о скорости вращения внутреннего потока мы будем иметь в виду скорость осевого движения и скорость вращения элементарных вихрей основания в пределах периферийного потока вихря Бенара (в том числе и торнадо).
Осевая скорость движения внутреннего потока больше осевой скорости наружного потока. Поэтому мы можем сказать, что внутренний поток вращается относительно наружного потока. Элементарные вихри и внутреннего, и наружного потока имеют скорость вращения как в осевом, так и в тангенциальном направлении. И вращаются элементарные вихри обоих потоков в противоположном направлении как в осевом, так и в тангенциальном направлении. И ежу понятно, что в месте контакта вихри катятся друг по другу. Качение силы трения создать не может. Силу трения может создать только скольжение с трением одного потока относительно другого. Это мы и имеем в форме превышения скорости вращения элементарных вихрей внутреннего потока над скоростью вращения элементарных вихрей наружного потока. Возникающая сила трения скольжения направлена по оси. Поэтому противодействующая сила направлена по радиусу и смещена в направлении вращения. А т. к. осевая скорость вращения элементарных вихрей внутреннего потока больше осевой скорости наружного потока, то противодействующая сила имеет центростремительный характер.
Закон сохранения момента количества движения требует, чтобы внешний поток, имеющий меньшую скорость осевого движения, обладал большей величиной тангенциальной скорости вращения. Повторяя же рассуждения предыдущего абзаца мы выясним, что тангенциальное направление вращения элементарных вихрей порождает центробежную силу. И тот же закон сохранения момента количества движения требует, чтобы величина центростремительной силы была равной величине центробежной силы. Но внутренний поток имеет осевую скорость движения, которая принудительно увеличивает тангенциальную скорость вращения элементарных вихрей внутреннего потока. А мы выяснили, что противодействующую силу порождает разность тангенциальных скоростей вращения внутреннего и наружного потоков. Наличие осевой скорости движения внутреннего потока уменьшило разность скоростей вращения в тангенциальном направлении элементарных вихрей внутреннего и внешнего потоков, что уменьшило и величину центробежной силы. Поэтому в вихре Бенара величина центростремительной силы всегда больше величины центробежной силы.
Т.е. на внутренний поток со стороны внешнего потока постоянно действует разница этих сил. Применяя правило прецессии найдём, что на внутренний поток действует сила в направлении его движения.